een van de voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie is dat elk draaiend lichaam het weefsel van ruimte-tijd in zijn omgeving meesleurt. Dit staat bekend als”frame-slepen”.
in het dagelijks leven is frame-slepen zowel niet op te sporen als inconsequent, omdat het effect zo belachelijk klein is. Het detecteren van de frame-slepen veroorzaakt door de hele aarde spin vereist satellieten zoals de US$750 miljoen zwaartekracht sonde B, en de detectie van hoekveranderingen in gyroscopen gelijk aan slechts EEN Graad elke 100.000 jaar of zo.gelukkig voor ons bevat het universum veel van nature voorkomende gravitatielaboratoria waar natuurkundigen Einsteins voorspellingen in detail kunnen observeren. Het onderzoek van ons team, dat vandaag in Science is gepubliceerd, onthult bewijs van frame-slepen op een veel meer opvallende schaal, met behulp van een radiotelescoop en een uniek paar compacte sterren die met duizelingwekkende snelheden om elkaar heen suizen.de beweging van deze sterren zou astronomen in Newton ‘ s tijd verbijsterd hebben, omdat ze duidelijk bewegen in een kromme ruimte-tijd, en Einsteins algemene relativiteitstheorie nodig hebben om hun trajecten te verklaren.
algemene relativiteit is de basis van de moderne gravitationele theorie. Het verklaart de precieze beweging van de sterren, planeten en satellieten, en zelfs de stroom van de tijd. Een van zijn minder bekende voorspellingen is dat draaiende lichamen ruimte-tijd meesleuren. Hoe sneller een object draait en hoe massiever het is, hoe krachtiger de drag.
een objecttype waarvoor dit zeer relevant is, wordt een witte dwerg genoemd. Dit zijn de overgebleven kernen van dode sterren die ooit meerdere malen de massa van onze zon waren, maar sindsdien hun waterstofbrandstof hebben opgebruikt. Wat overblijft is even groot als de aarde, maar honderdduizenden keren zwaarder. Witte dwergen kunnen ook heel snel draaien, draaien elke minuut of twee, in plaats van elke 24 uur zoals de aarde doet.
het frame-slepen veroorzaakt door zo ‘ n witte dwerg zou ongeveer 100 miljoen keer zo krachtig zijn als die van de aarde.
dat is allemaal goed en wel, maar we kunnen niet naar een witte dwerg vliegen en eromheen satellieten lanceren. Gelukkig is de natuur echter vriendelijk voor astronomen en heeft ze een eigen manier om ze te laten observeren, via ronddraaiende sterren die pulsars worden genoemd.twintig jaar geleden ontdekte CSIRO ‘ s Parkes radiotelescoop een uniek stellair, bestaande uit een witte dwerg (ongeveer zo groot als de aarde, maar ongeveer 300.000 keer zwaarder) en een radiopulsar (net zo groot als een stad, maar 400.000 keer zwaarder).
vergeleken met witte dwergen, zijn pulsars in totaal een andere klasse. Ze zijn niet gemaakt van conventionele atomen, maar van neutronen dicht opeengepakt, waardoor ze ongelooflijk dicht. Bovendien draait de pulsar in onze studie 150 keer per minuut. dit betekent dat, 150 keer per minuut, een “vuurtorenstraal” van radiogolven uitgezonden door deze pulsar voorbij ons uitkijkpunt hier op aarde veegt. We kunnen dit gebruiken om het pad van de pulsar in kaart te brengen terwijl hij om de witte dwerg draait, door te timing wanneer zijn puls bij onze telescoop aankomt en de snelheid van het licht te kennen. Deze methode toonde aan dat de twee sterren in minder dan 5 uur om elkaar heen draaien.
dit paar, officieel PSR J1141-6545 genoemd, is een ideaal zwaartekrachtlaboratorium. Sinds 2001 zijn we meerdere keren per jaar naar Parkes getrokken om de baan van dit systeem in kaart te brengen, die een veelheid van Einsteiniaanse gravitationele effecten vertoont.
het in kaart brengen van de evolutie van banen is niet voor de ongeduldigen, maar onze metingen zijn belachelijk nauwkeurig. Hoewel PSR J1141-6545 enkele honderden biljard kilometer verderop ligt( een biljard is een miljoen miljard), weten we dat de pulsar 2,5387230404 keer per seconde draait, en dat zijn baan in de ruimte valt. Dit betekent dat het vlak van zijn baan niet vast is, maar in plaats daarvan langzaam draait.
Hoe is dit systeem gevormd?
wanneer sterrenparen worden geboren, sterft de grootste als eerste, waarbij vaak een witte dwerg ontstaat. Voordat de tweede ster sterft, brengt hij materie over op zijn witte dwerg metgezel. Een schijf vormt zich als dit materiaal valt naar de witte dwerg, en in de loop van tienduizenden jaren het toeren van de witte dwerg, totdat het draait om de paar minuten.
in zeldzame gevallen, zoals deze, kan de tweede ster dan ontploffen in een supernova, waarbij een pulsar achterblijft. De snel ronddraaiende witte dwerg sleept de ruimtetijd mee, waardoor het orbitale vlak van de pulsar kantelt terwijl hij wordt meegesleept. Dit kantelen is wat we zagen door de patiënt in kaart te brengen van de baan van de pulsar.Einstein zelf dacht dat veel van zijn voorspellingen over ruimte en tijd nooit waarneembaar zouden zijn. Maar de afgelopen jaren hebben we een revolutie gezien in de extreme astrofysica, waaronder de ontdekking van gravitatiegolven en de weergave van een zwarte gatschaduw met een wereldwijd netwerk van telescopen. Deze ontdekkingen werden gedaan door miljarden dollars faciliteiten.
gelukkig is er nog steeds een rol in het verkennen van de algemene relativiteit voor 50-jarige radiotelescopen zoals die in Parkes, en voor patiëntcampagnes door generaties afgestudeerde studenten.